ترجمه: منصور نقی لو
بیگ بنگ: آیا چرخ دنده‌های فیزیک به طور معکوس، عملکرد یکنواختی دارند؟ به طور کلی، آیا ساخت ماشین زمان امکان‌پذیر است؟ با دستاورد جدید محققان، گمانه زنی‌ها دربارۀ ماشین زمان شاید به تحقق بپیوندد. بر اساس آزمایش جدید، اکنون میتوان تخمین زد که دستکم در مقیاس کوانتومی چقدر احتمال دارد گذشته را از آینده تفکیک کرد!
به گزارش بیگ بنگ، بتازگی محققان یک الگوریتم را برای شبیه‌سازی بازگشت یک ذره به گذشته فرمول‌نویسی کردند. البته شاید این کار نتواند ما را به دهۀ ۱۹۶۰ میلادی بازگرداند، اما دلیل این ناکامی را تا حدودی توضیح می دهد. محققان روسی و آمریکایی در این زمینه به همکاری با یکدیگر پرداختند تا روشی را برای نقض یکی از اساسی‌ترین قوانین فیزیک در مورد انرژی، پیدا کنند.
قانون دوم ترمودینامیک قانونی است که سرسختی چندانی ندارد و بیشتر بعنوان یک اصل ِ راهنما برای جهان عمل می کند. بر اساس این قانون، وقتی انرژی تبدیل و پراکنده می شود، چیزهای گرم‌تر با گذشت زمان با کاهش دمای قابل ِ توجهی روبرو می شوند. این اصل توضیح می دهد که چرا قهوه‌تان در اتاق سرد، دمای خود را از دست داده و همیشه گرم باقی نمی ماند و اینکه چرا میتوان تخم‌مرغی را شکست، اما نمی توان آن را به حالت اولیه بازگرداند. با این اصل است که میتوان به قانونی دست یافت که بگوید چرا وعده شام قبلی را بخاطر داریم، ولی نمی دانیم سال ِ بعدی چه اتفاقی می افتد.
«گوردی لزوویک» فیزیکدان کوانتومی از موسسه فیزیک و فناوری مسکو بیان کرد: «قانون دوم ترمودینامیک ارتباط نزدیکی با مفهوم “پیکان زمان” دارد که جهت ِ یکطرفه زمان را نشان می دهد؛ یعنی از گذشته به آینده.» در طبیعت معکوس کردن ِ زمان به نظر غیرممکن است، اما محققان نشان دادند که با طراحی الگوریتم کوانتومی می توان حالت کوانتومی کیوبیت را به گذشته برگرداند. در واقع استفاده از چنین الگوریتمی به ما اجازه می دهد که زمان را برای الکترون پراکنده به عقب برگردانیم.
الگوریتم کامپیوتر کوانتومی آی‌بی‌ام(IBM) پراکندگی یا متفرق شدن ذرات را شبیه‌سازی می‌کند. هنگامی که یک ذره عادی پراکنده می‌شود در یک جهت و در یک خط مستقیم حرکت می‌کند. با این حال، در دنیای کوانتوم همه چیز کمی پیچیده می‌شود و یک ذره متفرق در دنیای کوانتوم بسته به کیفیت پراکنده شدن در مسیر‌های مختلف قرار می‌گیرد. به طور خلاصه محققان یک الکترون پراکنده را شبیه‌سازی کردند، سپس این فرآیند را معکوس کرده و الکترون را به حالت اولیه بازگرداندند و الکترون را برای کسری از ثانیه در زمان به عقب برگرداندند.
البته محققان تاکید کردند که این پروژه بیش از آنکه معکوس کردن ِ زمان باشد؛ شبیه فشردن کلید بازگشت در ویدئو و تماشای معکوس وقایع است با این تفاوت که این تیم مطالعه را در سیستمی کوانتومی انجام دادند. «والری وینکور»، دانشمند مواد در آزمایشگاه ملی آرگون در آمریکا گفت: «معادله شرودینگر قابل برگشت است. از دیدگاه ریاضی، به این معناست که تحت شرایطی خاص به نام پیوستگی پیچیده، این معادله الکترونی را توضیح می دهد که در منطقه کوچکی از فضا در بازۀ زمانی یکسان جای می گیرد.»
بنا به قانون دوم ترمودینامیک، سیستم ترمودینامیکی نمی تواند از حالتی با آنتروپی بالا به آنتروپی پایین منتقل شود (آنتروپی کل کیهان همواره و در طی هر فرآیندی در حال ِ افزایش است). اما محققان نشان دادند که می توان حالت ِ مکانیکی کوانتومی را به سمت حالت ساده برگرداند. صرف نظر از اینکه این دستاورد تا چه حد به سفر در زمان مرتبط است، می توان از آن برای حل یکی از بزرگترین چالش‌های کامپیوترهای کوانتومی کمک گرفت. وجود نویز در عملکرد تجزیه و تحلیل و پردازش ِ داده‌ها در سیستم‌های کوانتومی، مشکل ایجاد می کند اما با این روش ِ جدید امکان رفع خطای ناشی از نویز امکان‌پذیر است.
محققان در سطح عَملی، از الگوریتم‌هایی برای دستکاری ِ معادله شرودینگر استفاده کردند تا بتوانند دقت کامپیوترهای کوانتومی را افزایش دهند. این اولین‌بار نیست که این محققان قانون دوم ترمودینامیک را دستخوش عملیاتی قرار دادند. آنها چند سال پیش، چند ذره را درهم‌تنیده و توانستند آنها را به شیوه‌ای موثر دچار گرمایش و سرمایش کنند. پیدا کردن روش‌هایی برای درنوردیدن این محدودیت‌های قوانین فیزیک در مقیاس کوانتومی می تواند به دانشمندان کمک کند تا دریابند چرا جهان به این شکل است.
برای اینکه یک رایانه کوانتومی بتواند وظایف بسیار زیادی را که به آن محول می کنیم، انجام دهد، به صدها و شاید میلیون‌ها کیوبیت نیاز داریم. این مقدار می تواند برای انگیزش رفتار مولکول‌های کوچک و سایر سیستم‌های کوانتومی کافی باشد. کیوبیت‌های درهم تنیده در چندین پردازشگر باعث خواهند شد تا بیشترین بازدهی برای سیستم به ارمغان آید. این تحقیق در Scientific Reports منتشر شده است.
سایت علمی بیگ بنگ
منبع: sciencealert.com
